[发明专利]一种耐刮疏水减反膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种耐刮疏水减反膜的制备方法，该疏水减反膜由杂化溶胶涂覆于透明基底制得，杂化溶胶由经疏水改性的空心球SiO₂纳米粒子与亲水性无机纳米粘结剂交联杂化而成。本发明方法通过亲水性无机纳米粘结剂同时对经疏水改性的空心球SiO₂纳米粒子和基底形成交联，可以避免传统方法制备的疏水减反膜的与基底间无化学键合的缺点，有效提升减反膜的耐磨特性。该疏水减反膜上的空心球SiO₂纳米粒子具有封闭孔隙结构和疏水特性，可形成抵御水汽和污染物的两道保护屏障。该耐刮疏水减反膜具有高光学透过率、较强机械稳定性和长效防潮抗污特性。

技术领域

本发明属于减反膜的制备技术领域，具体涉及一种耐刮疏水减反膜的制备方法。

背景技术

减反膜的户外应用，不仅要求其具有高的光学透过率，还需要考虑减反膜的机械稳定性。传统的SiO₂减反膜通常由溶胶-凝胶法制备。溶胶-凝胶法制备SiO₂减反膜通常具有高透光率、高抗激光损伤阈值以及成本低廉等优点，在高能激光系统以及太阳能发电系统中得到广泛应用。而这种传统的SiO₂减反膜由实心SiO₂纳米颗粒疏松堆积而成，颗粒之间存在大量的开放孔隙，且颗粒表面含有丰富的羟基，使得这种极性多孔结构的表面极易吸附环境中的极性污染物，导致减反膜的光学性能下降；另外，对空气中水汽的吸收也会严重降低减反膜的透过率，破坏减反膜结构，且有可能进一步腐蚀衬底，从而大幅缩短减反膜的使用寿命。因此，除了关注减反膜的减反特性外，还需要同时兼顾其防潮、抗污及耐磨特性，这些需求对减反膜的制备研究而言是一种挑战。

通过表面气氛处理将亲水表面变为疏水表面是一种较为常用的方法，但其缺点是这种疏水基团仅在表面很薄的范围存在，在使用过程中表面基团数量由于外界作用或自身作用力较弱的原因容易变少，因此耐候性较差仍然是制约现有减反膜实际应用的主要问题所在。为了克服这一缺点，CN106477909A专利公开了一种用十二烷基三乙氧基硅烷制备疏水SiO₂增透膜的方法，该发明从溶胶出发，采用无机硅烷与有机硅烷混合硅源前驱体，在碱催化条件下合成疏水SiO₂溶胶，以此制备了SiO₂增透膜。该方法过程简单，适用于工业生产，且能保证疏水基团分布在整个膜层之中。但是从催化条件来看，所制备的增透膜为多孔疏松状的实心SiO₂纳米颗粒堆积而成，无法从根本上改善具有开放孔隙结构的SiO₂减反膜的机械特性和环境耐候性。此外，也有研究利用空心SiO₂的核壳结构，将开放孔隙转换成封闭孔隙，以减少减反膜对污染物和水汽的吸附。CN106277839A专利和CN103881419A专利公开了在空心SiO₂溶胶中直接加入含疏水基团的硅烷前驱体，获得经疏水基团修饰的空心球SiO₂纳米粒子，从而制备了具有明显的疏水性能的涂层，但是经疏水改性的空心球SiO₂纳米颗粒与玻璃类衬底之间只能形成较弱的范德华力，因此与衬底的附着不如表面富含羟基的SiO₂纳米粒子通过羟基缩合与衬底所形成的化学键合作用力，这会导致基于疏水改性SiO₂纳米颗粒减反膜的耐磨特性较差。同时，具有疏水基团硅烷前驱体的加入也会影响空心SiO₂颗粒之间的连接，导致粗糙度增大，这除了影响耐磨特性外也会使减反特性发生一定变化。仅采用疏水基团对空心球SiO₂纳米颗粒进行修饰的技术方案不利于减反膜和玻璃类衬底表面的附着，同时影响SiO₂颗粒之间的连接，致使薄膜微观形貌的不连续，无法满足减反膜高光学透过率、较强机械稳定性和长效防潮的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种具有高光学透过率、较强机械稳定性和长效防潮抗污特性的耐刮疏水减反膜的制备方法。